[发明专利]基于细胞形变量和介电泳力的癌细胞分离装置及控制系统

说明书

本发明公开了一种基于细胞形变量和介电泳力的癌细胞分离装置及控制系统，该装置包括细胞储液器、注射微泵；注射微泵的一端伸入细胞储液器内，另一端与细胞形变量检测芯片的入口端相连；细胞形变量检测芯片的出口端与癌细胞分离芯片的变形细胞入口端相连；CMOS高速摄像机设置在细胞形变量检测芯片下捕捉变形细胞图像；处理器根据获取的变形细胞图像确定变形细胞的形变量，并根据此形变量确定该变形细胞是否为癌细胞，若是则处理器输出驱动信号驱动电极产生介电泳力使变形细胞流向癌细胞分离芯片的癌细胞出口端。应用本发明，能够快速检测细胞的形变量，并根据癌细胞与正常细胞形变量的不同将癌细胞从病人血液样本中分离出来。

技术领域

本发明涉及细胞分选分离技术领域，特别涉及一种基于细胞形变量和介电泳力的癌细胞分离装置及控制系统。

背景技术

癌症是一种严重危害人类健康的重大疾病，其发病率和死亡率呈逐年上升的趋势。对于相同来源的细胞，发生癌变的细胞比正常细胞更软，更容易产生变形，更易于癌症发生转移。长期以来，机械表型一直被认为是量化细胞中生理和病理起源的功能变化的无标记方法。这种方法已经在细胞分化和恶性转移的背景下得到验证，并催生了许多基础研究方法的发展。其中，单细胞的变形性的改变可以作为一种生物学研究的重要指标。相对于生物分子标记物，这种无标记的可变形性的指标不需要染色、抗体处理等一些预处理步骤，可节省更多的操作成本。

细胞在癌变的过程中，细胞的变形性质就已经发生了变化。处于不同癌变阶段的细胞，其变形能力是不同的。这表明通过测量细胞的刚度，原则上可以区分处于不同癌变程度的细胞，这为监控癌症从侵袭前到侵袭的发生发展提供了一种可能。细胞的变形性可以作为细胞癌变的敏感标志，因此测量细胞刚度具有重要的临床意义。目前检测细胞变形性的方法主要有原子力显微镜方法、微管吸吮技术、细胞压痕、激光衍射法、流体剪切法等。这些测量方法各有优缺点，如微管吸吮方法是目前研究细胞力学常用的方法之一，但是此方法一次只能反映单个细胞变形性，检测速率低(10-100个细胞/h)，不适合临床应用；而原子力显微镜方法操作复杂，设备昂贵，检测速率同样很低。因此设计一种高通量的癌细胞形变量的方法是十分有必要的。高通量检测病变部位细胞的刚度，不仅可以判断病人处于癌症的阶段，并且可以根据细胞刚度的不同，对细胞进行分离。

虽然检测细胞形变量的方法很多，但是这些方法仅仅检测细胞的刚度，未考虑将细胞的这种无标记的特征作为癌细胞分离的依据。基于细胞的变形性特征作为分离标志对于癌症的研究和诊断有重大的潜在意义，可用于癌症的分期、复发检测、癌症抗药性的分子分析等。

目前，现有的细胞分离技术如离心法和过滤法耗费时间长、产率低、需要的样本量大，不适合微量珍贵样品的分析；基于抗体的方法能够得到特定类型的细胞却需要复杂的处理过程。如今，微流控芯片的微通道缩小到微米级，可以精确操控微尺度的流体，样品以及试剂的消耗量得以大大降低，反应时间大大缩短，非常适合细胞分离。随着微流控技术的发展，介电泳力技术被引入到微流控芯片上，用于微粒、液滴以及细胞的分离和操纵。对于介电泳力技术来说，其通过在非均匀电场中使微粒产生极化现象，在介电泳力的作用下驱使细胞运动。介电泳力的大小与被操纵的粒子的尺寸成比例，根据不同细胞在微流控芯片中所受介电泳力的差异，从而实现对细胞的分离。基于介电泳力的微流控芯片用于细胞的分离有诸多优点，首先，不需要染色或者抗体处理；其次，生物相容性好，不会对细胞产生损伤；最后，便于控制，可以通过调节施加电场的电压和频率改变细胞的所受的介电泳力，因此对细胞进行分离比较灵活。

尽管基于介电泳力的分离方法有诸多优点，但是却不能根据标记物分离特定目标的细胞。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于细胞形变量和介电泳力的癌细胞分离装置及控制系统，能够快速检测细胞的形变量，并根据癌细胞与正常细胞形变量的不同将癌细胞从病人血液样本中分离出来。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：